CN105731898B - 一种利用贝壳制备粗骨料的方法及其混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用贝壳制备粗骨料的方法及其混凝土，制备粗骨料的方法包括以下步骤：(1)将清洗后的贝壳用0.1‑1mol/L的盐酸浸泡2‑10h，再用水清洗除去贝壳表面残留的盐酸；(2)将盐酸浸泡后的贝壳过筛，得筛余物；(3)将筛余物用质量分数为5‑30%的水玻璃溶液浸泡10h以上后取出，经干燥后即得到粗骨料。该方法解决了将贝壳作为混凝土粗骨料的技术难题；该粗骨料成功应用于混凝土甚至是海水海砂混凝土中，直接利用贝壳、海水、海砂制备混凝土，免去了海水淡化、海砂淡化等工序，解决了长距离运输河砂、淡水、碎石的高成本问题，具有巨大的社会经济效益。

Description

一种利用贝壳制备粗骨料的方法及其混凝土

技术领域

本发明涉及一种利用贝壳制备粗骨料的方法及其混凝土，特别涉及一种利用海水海砂贝壳制作混凝土材料和产品的技术。

背景技术

十八大报告中提出“提高海洋资源开发能力，坚决维护国家海洋权益，建设海洋强国”的战略，开发海洋是经济建设、社会发展、国家安全、促进能源结构调整和科技发展的重大需求。

我国海洋面积300万平方公里，岛屿总数达5000多个，对于沿海和近海地区，建筑用河砂和碎石日趋短缺。从内陆寻取砂源和碎石，不但运费高而且会损害河床并破坏矿山植被。对于远海地区的海工工程建设，目前面临着原材料长距离运输、淡水、河砂和石料缺乏的难题。我国南海上的岛屿离岸距离最远超过1500km，东海上的岛屿离岸距离最远约为530km，如果从陆地上运送淡水、河砂，石料等材料将耗费大量人工和成本；

因未经处理的海砂含泥量高、海水中化学物质复杂等原因，直接利用海水、海砂和贝壳生产混凝土存在工作性能不稳定和抗冻性能差的问题，而且海水中主要成分氯化物和硫酸盐等盐类，可能会导致海水海砂混凝土早凝，轻则影响混凝土施工，严重时甚至可能造成工程事故。

最重要的是，未经处理的贝壳等粗骨料的表面含有泥沙，与混凝土中的其他组分不能牢固的胶结在一起，直接使用贝壳作为粗骨料将导致混凝土界面结合性能差，混凝土工作性差等问题。

还有一点不容忽视，贝壳呈蜂窝多孔状，混凝土浆体会进入贝壳的孔隙中，导致浆体量减少，需水量大，混凝土强度不足等问题，最终导致混凝土无法使用。

发明内容

本发明解决的技术问题是，就地取材，利用海洋资源贝壳作为制备混凝土的粗骨料，并将这种贝壳作为粗骨料制备的混凝土用于海洋工程中。

本发明的技术方案是，提供一种利用贝壳制备粗骨料的方法，包括以下步骤：

(1)将清洗后的贝壳用0.1-1mol/L的盐酸浸泡2-10h，再用水清洗除去贝壳表面残留的盐酸；

(2)将盐酸浸泡后的贝壳过筛，得筛余物；

(3)将筛余物用质量分数为5-30％的水玻璃溶液浸泡10h以上后取出，经干燥后即得到粗骨料。

进一步地，所述过筛的筛网孔径为5mm。

进一步地，步骤(1)中，在用稀盐酸浸泡贝壳之前和浸泡完贝壳之后，均用海水清洗贝壳。

本发明进一步地提供一种混凝土，所述混凝土的粗骨料由上述的方法制得。

进一步地，所述混凝土的原料组分包括：水泥10-25份、海水4-9份、海砂25-40份、粗骨料35-55份、减水剂0.2-1份、缓凝剂0.005-0.02份、引气剂0.01-0.05份、牺牲剂0.001-0.01份。

进一步地，所述牺牲剂的质量为海砂和海水总质量的0.01-0.015％。

进一步地，所述牺牲剂为阳离子表面活性剂或/和非离子表面活性剂。

进一步地，所述混凝土的原料中还添加辅助胶凝材料2-10份，所述辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、石灰石粉、钢渣、硅灰、煤矸石、稻壳灰中的一种或几种混合。

进一步地，所述缓凝剂为碳水化合物、羟基羧酸及其盐类、多元醇及其衍生物中的一种或几种；所述引气剂为松香类引气剂或/和皂苷类引气剂。

进一步地，所述混凝土中还包括加筋纤维；所述加筋纤维为玄武岩纤维筋。

本发明用贝壳制备粗骨料的技术原理是先用水或是海水冲洗采集的贝壳，初步去除贝壳上粘附的附着物；贝壳中富含碳酸钙，再用合理浓度的稀盐酸与贝壳中的碳酸钙发生反应，以清除贝壳的松散表面，露出新鲜表面；再用5mm方孔筛剔除将小于5mm粒径的贝壳，使贝壳具有合理的颗粒级配；再用水玻璃溶液浸泡使贝壳表面形成一层胶体薄膜，这层胶体薄膜可以使贝壳能与混凝土其它组分牢固的胶结在一起形成强度，使骨料与浆体之间具有良好的界面过渡区。

本发明将贝壳制备的粗骨料用于制备混凝土，特别是可以用于制备海水海砂混凝土，就地取材，直接利用海洋资源制备可用于海洋工程中的混凝土材料。

混凝土中的水泥主要作用是水化后将海砂和粗骨料胶结在一起形成强度，包含硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥以及特种水泥。混凝土的原料中可还添加辅助胶凝材料2-10份，辅助胶凝材料主要作用是降低水化热，降低水泥用量，增强耐久性和混凝土长期强度。所述辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、石灰石粉、钢渣、硅灰、煤矸石、稻壳灰中的一种或几种混合，包含但不限于上述组分。

混凝土中的海砂的细度模数不超过3.7，海砂主要用于填充粗骨料间的空隙，为海岛就近区域采集未经处理的海砂；海水主要用于拌和混凝土，提供水泥水化的水分，为海岛就近区域采集未经处理的海水；粗骨料主要作用为降低混凝土的收缩和变形，是混凝土的骨架。

混凝土中缓凝剂主要作用是延长水泥混凝土的初、凝结时间，留有足够的施工时间；所述缓凝剂为碳水化合物、羟基羧酸及其盐类、多元醇及其衍生物中的一种或几种。减水剂主要作用是降低用水量，减小水泥用量，提高混凝土的工作性能，包含但不仅限于聚羧酸系减水剂、萘系减水剂、蒽系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂以及木质素磺酸盐系减水剂等。引气剂为松香类引气剂或/和皂苷类引气剂，包含但不限于上述组分。所述引气剂主要作用是在混凝土中引入微小的、封闭的、互不连通的气泡，利用微气泡的滚珠和浮托作用，改善了混凝土的工作性能和新拌性能，同时明显增加海水海砂混凝土抗冻性和长期耐久性能。牺牲剂为阳离子表面活性剂或/和非离子表面活性剂，如聚乙二醇，氯化胆碱等，包含但不限于上述组分。所述牺牲剂主要作用是与掺入的减水剂形成竞争吸附，牺牲剂率先吸附在海砂或粗骨料所带入的粘土或其它杂质中，显著降低粘土其他化学杂质吸附减水剂的量，从而使掺入的减水剂正常发挥作用，提高新拌混凝土工作性能的稳定性，为连续生产和施工提供方便。

混凝土中还包括加筋纤维。对于钢筋混凝土，由于氯盐的存在，钢筋极易腐蚀，现有的国家规范中不允许在钢筋混凝土中使用海水、海砂和贝壳等含盐量高的原材料。所以加筋纤维应使用不易被腐蚀的材料，如玄武岩纤维筋。玄武岩纤维筋是玄武岩石料熔融后，经拉丝漏板工艺高速拉制成连续纤维后，再加工形成的带有螺纹的加强筋，在混凝土中主要承受拉应力。

本发明与常规混凝土相比具有以下优点：

1)成本低，具有显著的经济效益。由于解决了将贝壳作为混凝土粗骨料的技术难题；并将该粗骨料成功应用于混凝土甚至是海水海砂混凝土中，直接利用贝壳、海水、海砂制备混凝土，免去了海水淡化、海砂淡化等工序，解决了长距离运输河砂、淡水、碎石的高成本问题，具有巨大的社会经济效益。

2)混凝土强度满足要求。由于贝壳经过了表面处理后变得坚硬，并与混凝土其它组分实现了良好的胶结，因此疏松的贝壳不再是混凝土的薄弱环境，混凝土的强度得到提高。

3)混凝土生产和施工方便。由于实现了就地取材，混凝土的生产非常方便，不需要再受制于运输环节。同时，混凝土生产的便利为施工带来极大方便，保障了大型基础设施施工的连续性。

4)保护陆地生态。直接使用海水、海砂和滩涂的贝壳，缓解了河砂、石料资源的开采压力，有助于保护矿山和林业资源，有利于促进生态环境保护。

具体实施方式

下面结合实施例和对比例对本发明作进一步地说明。

实施例1

本实施例提供一种利用贝壳制备粗骨料的方法，包括以下步骤：(1)用海水冲洗贝壳，再将冲洗后的贝壳用0.4mol/L的盐酸浸泡8h，再用海水清洗除去贝壳表面残留的盐酸；(2)将盐酸浸泡后的贝壳过5mm的方孔筛，得筛余物；(3)将筛余物用质量分数为5％的水玻璃溶液浸泡10h后取出，经晒干后即得到粗骨料。

实施例2

本实施例提供一种利用贝壳制备粗骨料的方法，包括以下步骤：(1)用海水冲洗贝壳，再将冲洗后的贝壳用0.8mol/L的盐酸浸泡4h，再用海水清洗除去贝壳表面残留的盐酸；(2)将盐酸浸泡后的贝壳过5mm的方孔筛，得筛余物；(3)将筛余物用质量分数为10％的水玻璃溶液浸泡15h后取出，经晒干后即得到粗骨料。

实施例3

本实施例提供一种利用贝壳制备粗骨料的方法，包括以下步骤：(1)用海水冲洗贝壳，再将冲洗后的贝壳用0.6mol/L的盐酸浸泡6h，再用海水清洗除去贝壳表面残留的盐酸；(2)将盐酸浸泡后的贝壳过5mm的方孔筛，得筛余物；(3)将筛余物用质量分数为20％的水玻璃溶液浸泡12h后取出，经晒干后即得到粗骨料。

实施例4

本实施例提供一种利用贝壳制备粗骨料的方法，包括以下步骤：(1)用海水冲洗贝壳，再将冲洗后的贝壳用0.5mol/L的盐酸浸泡6h，再用海水清洗除去贝壳表面残留的盐酸；(2)将盐酸浸泡后的贝壳过5mm的方孔筛，得筛余物；(3)将筛余物用质量分数为30％的水玻璃溶液浸泡10h后取出，经晒干后即得到粗骨料。

实施例5

本实施例提供一种混凝土，以实施例1处理后的贝壳作为混凝土的粗骨料。其原料按质量份分别为：水泥21份、海水6份、海砂38份、实施例1中处理的贝壳粗骨料41份，减水剂0.8份，缓凝剂0.008份，引气剂0.018份、牺牲剂0.005份。将上述原材料准确称取后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合3min，然后进行新拌性能测试，并成型立方体试件用于强度测试。测试得到的结果如表1所示。

实施例6

本实施例提供一种混凝土，以实施例2处理后的贝壳作为混凝土的粗骨料，其它原料组分及含量均同实施例5。将上述原材料准确称取后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合3min，然后进行新拌性能测试，并成型立方体试件用于强度测试。测试得到的结果如表1所示。

实施例7

本实施例提供一种混凝土，以实施例3处理后的贝壳作为混凝土的粗骨料，其它原料组分及含量均同实施例5。将上述原材料准确称取后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合3min，然后进行新拌性能测试，并成型立方体试件用于强度测试。测试得到的结果如表1所示。

实施例8

本实施例提供一种混凝土，以实施例4处理后的贝壳作为混凝土的粗骨料，其它原料组分及含量均同实施例5。将上述原材料准确称取后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合3min，然后进行新拌性能测试，并成型立方体试件用于强度测试。测试得到的结果如表1所示。

对比例1

本对比例提供一种混凝土，与实施例5相比，采用淡水、河砂、碎石代替海水、海砂和利用本发明处理的贝壳骨料，同时不需要不添加引气剂和牺牲剂，其原料组分和含量相同。将上述原材料准确称取后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合3min，然后进行新拌性能测试，并成型立方体试件用于强度测试。测试得到的结果如表1所示。

表1 不同混凝土的新拌性能和强度比较

从表1可以看出，利用本发明处理后的贝壳粗骨料制成的混凝土，强度与常规的淡水河砂碎石混凝土基本相当或略小于常规混凝土。由于使用了牺牲剂和引气剂，海水海砂贝壳粗骨料混凝土的坍落度与常规混凝土基本相当，30min后的坍落度保留能力稍优于常规混凝土。初凝时间都在9个小时以上，工作性能稍优于常规混凝土，因此不影响混凝土的生产和施工。

还可以看出，利用实施例2和实施例3中的贝壳粗骨料制成的混凝土，28d强度可以达到C45的标准，而利用实施例1和实施例4中的贝壳粗骨料制成的混凝土，28d强度属于C40的标准，这表明利用10％～20％水玻璃溶液浸泡的贝壳具有最优的力学性能和界面结合能力。

实施例9

本实施例提供一种纤维增强混凝土，以实施例3处理后的贝壳作为混凝土的粗骨料。其原料按质量份分别为：水泥15份、海水5份、海砂38份、实施例1中处理的贝壳粗骨料40份，减水剂1份，缓凝剂0.007份，引气剂0.02份、牺牲剂0.008份。将上述原材料准确称取后，投入双卧轴强制搅拌机中均匀拌合3min，然后浇筑在由玄武岩纤维筋绑扎而成的笼内，形成混凝土结构。

本实施例提供的混凝土，由于使用了增加筋，混凝土结构可以承受较大的拉应力、具有良好的抗剪、抗扭能力，可以用于结构承载。由于玄武岩纤维筋不会产生钢筋锈蚀问题，因此增加了混凝土的长期耐久性和使用寿命。

Claims (9)

1.一种利用贝壳制备粗骨料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1) 将清洗后的贝壳用0.1-1mol/L的盐酸浸泡2-10h，再用水清洗除去贝壳表面残留的盐酸；

(2) 将盐酸浸泡后的贝壳过筛，得筛余物；

(3) 将筛余物用质量分数为5-30%的水玻璃溶液浸泡10h以上后取出，经干燥后即得到粗骨料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过筛的筛网孔径为5mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，在用稀盐酸浸泡贝壳之前和浸泡完贝壳之后，均用海水清洗贝壳。

4.一种混凝土，其特征在于，所述混凝土的粗骨料由权利要求1-3任一项所述的方法制得。

5.如权利要求4所述的混凝土，其特征在于，按质量份，所述混凝土的原料组分包括：水泥10-25份、海水4-9份、海砂25-40份、粗骨料35-55份、减水剂0.2-1份、缓凝剂0.005-0.02份、引气剂0.01-0.05份、牺牲剂0.001-0.01份；所述牺牲剂为阳离子表面活性剂或/和非离子表面活性剂。

6.如权利要求5所述的混凝土，其特征在于，所述牺牲剂的质量为海砂和海水总质量的0.01-0.015%。

7.如权利要求5所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土的原料中还添加辅助胶凝材料2-10份，所述辅助胶凝材料为粉煤灰、矿渣、石灰石粉、钢渣、硅灰、煤矸石、稻壳灰中的一种或几种混合。

8.如权利要求5所述的混凝土，其特征在于，所述缓凝剂为碳水化合物、羟基羧酸及其盐类、多元醇及其衍生物中的一种或几种；所述引气剂为松香类引气剂或/和皂苷类引气剂。

9.如权利要求5所述的混凝土，其特征在于，所述混凝土中还包括加筋纤维；所述加筋纤维为玄武岩纤维筋。